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酒糟沼渣基质对番茄生长及其品质的影响

来源:用户上传      作者:车艳丽 程瑞锋 张雅婷 杨其长

   摘要:本试验基于番茄有机基质栽培模式,研究酒糟沼渣不同粗细渣配制的基质ZH(细渣∶粗渣=2∶1)、ZX(细渣∶粗渣=1∶0)、常规基质草炭(CT)及椰糠(YK)对番茄植株生长、产量及品质指标的影响。结果表明,沼渣基质的有机质和总养分含量较高,重金属和有害生物都远低于相关标准,四种抗生素在0.75 mg/kg为检出限情况下未检出,理化指标都在合理范围内,pH和EC值相对较高。沼渣基质可以促进番茄生长、改善果实品质、增加产量,其中ZH处理的株高、茎粗、叶面积高于其它3个处理,但无显著差异,仅根冠比显著高于其它处理;ZH处理产量最高,比最低产量处理YK增产11.58%,但4个处理间差异均不显著;沼渣基质较椰糠和草炭基质提高果实可溶性总糖、还原糖(果糖、葡萄糖)和V[HT6"SS]C[HT5"SS]含量,降低可滴定酸含量。ZH处理果实可溶性蛋白显著高于其它处理。主成分分析表明,ZH处理番茄综合品质评价最好;相关性分析得出,植株叶片C/N与番茄可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白存在显著或极显著相关。本研究结论为沼渣基质可作为有机栽培基质,综合生物学、产量、品质性状分析结果认为,细渣与粗渣为2∶1的配比基质是有机基質栽培番茄的最佳配方。
  关键词:酒糟沼渣;基质;番茄;品质;产量
  中图分类号:S141.4:S641.201 文献标识号:A 文章编号:1001-4942(2020)04-0098-08
  Abstract Based on tomato organic substrate cultivation mode, the effects of different proportions of crude residue and fine residue (ZH,fine residue∶crude residue =2∶1;ZX,fine residue∶crude residue =1∶0), conventional substrate peat (CT) and coconut chaff (YK) on tomato plant growth, yield and quality were studied. The results showed that the biogas residue substrates had higher organic matter and total nutrients with the heavy metals and harmful organisms far below the relevant standards; four kinds of antibiotics were not detected out under the detection limit of 0.75 mg/kg; physical and chemical indicators were within a reasonable range, and pH and EC values were relatively higher. The biogas residue substrates could promote tomato growth, improve fruit quality and increase yield. The plant height, stem diameter and leaf area of ZH treatment were higher compared the other treatments, but the difference was not significant; only its root-shoot ratio was significantly higher. The tomato yield was the highest under ZH treatment, which increased by 11.58% compared with YK treatment with the lowest yield; but there were no significant differences between the four treatments. The content of total soluble sugar, reducing sugar (fructose, glucose), and vitamin C increased, and the titratable acid content reduced under ZH and ZX treatments. The content of soluble protein was significantly higher under ZH than that under the other treatments. The results of principal component analysis showed that ZH treatment was the best to tomato quality. Through correlation analysis, it was concluded that the C/N value of leaves had significant or very significant correlation with soluble sugar, titratable acid and soluble protein of tomato. In conclusion, the biogas residue substrate could be used as organic cultivation medium, and ZH(fine residue:crude residue =2∶1)was the optimum   one for organic substrate cultivation of tomato through comprehensive biology, yield and quality characteristics.   Keywords Distillers’ grains biogas residue; Substrates; Tomatoes; Quality; Yield
   随着酿酒行业的发展,酒厂产生大量的酒糟废弃物,如果不及时进行处理会造成严重资源浪费和环境污染[1]。合理有效利用酒糟生产高附加值产物,是实现白酒产业资源利用最大化的关键[2]。厌氧发酵处理酒糟废弃物是酒糟综合处理经济有效的方法[3]。
  沼渣和沼液的高效利用直接关系沼气工程的经济效益。沼渣作为厌氧消化产物中含量最多的成分,不仅营养丰富,而且质地疏松,适合作为作物栽培基质使用。有机基质栽培是无土栽培的一个研究热点[4],近年来沼渣人工基质技术也日益受到重视,被视为是沼渣高值利用的新途径[5]。沼渣目前在种植业上应用最广泛,直接还田或者生产有机肥料、土壤调理剂等[6-11]。Bath等[9]报道餐厨垃圾厌氧消化所得沼渣可使韭菜的产量提高,主要是因为沼渣中无机氮可以很好地被作物吸收以促进其生长;Rivard等[11]研究表明,城市固体废物厌氧消化后的沼渣对于提高玉米单株产量及生物量有积极作用。近几年国内一些科研单位利用沼渣作为栽培基质原料,在辣椒、番茄、黄瓜、小麦等作物上进行了相关研究,认为通过添加沼渣改善了基质肥力,提高了植物光合速率,对生长和产量都有促进作用,改善作物品质[12-14]。赵丽等[15]测定了沼渣作为基质的物理性质以及多种元素含量,并与进口草炭及华美草炭作对比,用于黄瓜、甘蓝、番茄、青菜花等的栽培,结果表明,沼渣基质各项指标均符合要求,特别是重金属含量未超标。王秀娟[16]将沼渣作为主要有机基质,选出6组配比进行番茄和辣椒的栽培试验,结果表明当沼渣、蛭石、珍珠岩按照体积比为2∶3∶1的配比进行混合利用时最能促进作物株高和叶片的生长。
  酒糟沼渣较其它废弃物沼渣具有来源稳定、成分相对一致、营养物质更加丰富等特点[17-19],具备了沼渣基质化的前提。随着国家倡导和扶持规模化生物天然气及大型沼气工程[20],沼渣高值化利用研究显得尤为必要和紧迫。沼渣基质研究目前仍然停留在作为一种辅料添加到各种基质配方中,从根本上还是以消纳为主要出发点,并未充分发挥沼渣在基质方面的优势,所用沼渣大多都没有经过后续无害化、资源化处理,会存在土壤污染、食品安全等方面的隐患[3]。针对完全利用酒糟沼渣的粗、细渣配比进行栽培基质的研究尚未见报道。本试验以酱香型白酒酒糟经过大型沼气工程所得沼渣为试验材料,研究不同沼渣基质处理和椰糠、草炭对番茄栽培的影响,旨在为沼渣基质化应用提供参考。
  1 材料与方法
  1.1 试验时间和地点
  试验于2018年4—10月在北京市海淀区中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所楼顶温室进行。该温室为半自动化智能玻璃温室,长10 m,宽6 m,面积60 m2,实际栽培面积为44 m2。温室内设有湿帘、风机、供热暖气及遮阳网等,环境监测控制系统完善。试验期间采用湿帘、风机、遮阳等方式降温,或通过供热暖气提升温度,从而避免温度过高或过低,调控适宜番茄生长的环境。
  1.2 试验材料
  沼渣来源于贵州茅台酒厂(集团)绿生有机肥有限责任公司酒糟沼气工程,经过两级螺旋挤压、卧螺离心后,添加少量新鲜酒糟进行好氧发酵,待含水率降到45%左右用半濕物料粉碎机粉碎,然后继续好氧发酵,得到的原料为细渣,粗渣即好氧发酵后未粉碎的沼渣。
  番茄采用基质袋栽培。基质袋规格为:100 cm×20 cm×12 cm,材质为内黑外白的PE薄膜。供试番茄为优良越夏品种汉姆077,来源于内蒙古赤峰和润农业高新科技产业开发有限公司。
  1.3 试验设计
  试验为不同栽培基质的单因素试验,设置4个处理,分别为:草炭常规配比基质CT(草炭∶蛭石∶珍珠岩=3∶1∶1)、椰糠基质YK、沼渣基质ZX(细渣∶粗渣=1∶0)、沼渣基质ZH(细渣∶粗渣=2∶1)。以两条种植行为一种基质处理,两边各设置一条边缘行。每个基质袋均匀设置4个10 cm×10 cm的栽培口,每个栽培口定植1株番茄种苗,即株距为20 cm。4个基质袋为一条种植行,种植行间距1.2 m,共种植8行。以滴灌方式进行营养液供给,营养液参照前人番茄栽培配方[21](N 110.4,P 32.3,K 83.6,Ca 122.0,Mg 48.4,Fe 2.8,Mn 0.5,Zn 0.05,Cu 0.02,B 0.5和Mo 0.01,营养元素含量均以单位mg/L计)。
  1.4 测定项目及方法
  1.4.1 栽培基质理化性质测定沼渣基质基础性状指标(有机质、氮磷钾、pH值、水分)、重金属和有害生物根据NY 525—2012[22]标准规定方法进行测定,抗生素根据GB/T 32951—2016[23]进行测定。4种不同处理基质理化性质指标包括:容重、孔隙度、气水比、EC值和pH值,参照荆延德等[24]的方法测定。
  1.4.2 植株生长指标测定苗期、花期及结果期每处理随机选取18株番茄测定各阶段番茄株高和茎粗;结果期测定叶绿素含量、叶面积、植株鲜重和干重,计算根冠比。测定方法参照文献[25]。植株碳氮采用ATC-185稳定同位素质谱仪测定。
  1.4.3 番茄产量和品质测定番茄产量采取小区产量完全测量。番茄果实采收后切至1 cm左右小块,用液氮冻实后,在低温下用研磨机研磨成粉,再放于-80℃超低温冰箱内保存备用。采用超高效液相色谱Waters H-class测定V[HT6SS]C[HT5SS]含量[26],UPLC配自动进样器。色谱条件:色谱柱HSS T3 100×2.1 mm, 1.8 μm particle size,流动相0.1%甲酸,流速为0.25 mL/min,进样量为2 μL,柱温30℃,检测波长为245 nm。其余品质指标测定方法参照文献[27]进行:滴定法测定番茄果实总酸含量;苯酚-硫酸法测定可溶性糖含量;考马斯亮蓝染色测定可溶性蛋白含量;硫酸-水杨酸法测定硝酸盐含量。   1.5 数据处理与统计分析
  采用Microsoft Excel 2016软件进行数据处理和作图。通过SPSS 18.0软件进行数据分析,多重比较采用Duncan’s法。
  2 结果与分析
  2.1 沼渣理化性状测定结果
  沼渣基础性状测定结果如表1所示,可以看出,沼渣基质的有机质和总养分含量较高,重金属和有害生物都远低于相关标准,四种抗生素在0.75 mg/kg为检出限情况下未检出。不同处理基质的理化性质如表2所示,沼渣基质的理化指标都在合理范围内,pH和EC值相对较高。
  2.2 不同基质处理对番茄生物学性状的影响
  由表3可以看出,在苗期,CT与ZH处理的番茄株高和茎粗无显著差异;而在结果期, ZX、ZH处理的株高、茎粗高于CT和YK处理,但各处理间差异不显著。
   由表4看出, CT处理叶绿素含量显著高于其它处理,其它处理间无显著差异;ZH处理叶面积最大,但各处理间无显著性差异。ZH处理植株C/N显著低于其它3个处理。各处理间地上部干重和根干重差异不显著,ZH处理根冠比显著大于其它处理。
  2.3 不同基质处理对番茄产量的影响
  从图1看出,不同基质处理的番茄产量不同,其中 ZH处理产量最高,达到5.01 kg/m2,YK处理产量最低,为4.49 kg/m2, ZH比YK处理增产11.58%,但处理间无显著差异。由此表明理化性质在合理范围内的基质类型并不影响番茄产量。
  2.4 不同基质处理对番茄品质的影响
  试验结果(表5)表明,不同基质处理对番茄果实硝酸盐含量影响不同,ZX、ZH和CT处理间硝酸盐含量差异不显著但均显著低于YK。不同基质处理番茄的VC、可溶性蛋白和番茄红素含量有差异, ZX和ZH处理的VC含量显著高于CT和YK,ZH处理可溶性蛋白含量显著高于其它3个处理;番茄红素方面,CT处理最高,ZH次之,二者无显著差异,但均显著高于其它两个处理。
  通过对不同基质处理可溶性糖、可滴定酸、果糖和葡萄糖的分析可以看出,ZH和ZX处理的可溶性糖、果糖、葡萄糖含量优于其它兩个处理,其中ZH处理显著高于CT和YK处理;可滴定酸方面,ZH处理最低,显著低于CT处理,与YK、ZX处理无显著差异。
  番茄品质综合评价单项指标不能完全评价番茄品质,因而进行基于主成分分析的品质综合评价。选取硝酸盐(X1)、可溶性糖(X2)、可滴定酸(X3)、可溶性蛋白(X4)、维生素C(X5)、果糖(X6)、葡萄糖(X7)、番茄红素(X8)8个品质因素作为评价因子,采用SPSS进行主成分分析,得到相关主成分特征根和贡献率,如表6所示。可以看出,前3个主成分的累计方差贡献率达到86.792%,满足大于85%的条件,说明前3个主成分涵盖了大部分信息。
  为综合评价各个基质处理对番茄品质的影响,以3个主成分所对应特征值占所提取主成分总特征值之和的比例作为权重,计算主成分综合模型;根据主成分综合模型即可算出综合主成分值。根据番茄品质综合评价结果(表7)可以看出,ZH处理的番茄品质最优,YK处理的品质最差。
  2.5 相关性分析
  综合以上分析,筛选出ZH处理进行植株生物学性状与品质指标的相关性分析,结果如表8所示。可见,在该基质配比下,植株茎粗与C/N呈显著负相关;叶面积与叶绿素呈显著正相关;植株C/N与可溶性糖呈显著负相关,与可滴定酸呈显著正相关,与可溶性蛋白呈极显著负相关;可溶性糖与可滴定酸呈显著负相关、与可溶性蛋白呈显著正相关。由此可以看出,植株C/N比是影响植株形态、品质的最重要指标,其与可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白有密切的相关性。
  3 讨论
  3.1 沼渣基质理化性状分析
  基质是在园林园艺无土栽培生产过程中用来替代土壤、为植物提供良好的根系生长环境(水分、通气条件、营养条件、适宜的酸碱性环境等)的物质。在现代无土栽培生产过程中,各种基质以其性能稳定、清洁、容重较轻,适宜现代化生产、生活需要,易于操作及标准化管理等特点,从而逐渐取代土壤,被越来越多地加以研究和利用[28,29]。王鹏勃等[30]用腐熟的菇渣和牛粪作为有机基质试验,结果表明其不仅含有丰富的矿质元素,而且含有多种营养转化酶(磷酸转化酶、脲酶、蔗糖转化酶等),可促进其它物质转化为植物能吸收利用的营养物质。
  酱香型白酒酒糟含有较为丰富的营养物质,如氨基酸、蛋白质、脂肪、纤维素和多种微量元素等[31,32]。张颖等[33]分析了牛粪和秸秆为基质的沼渣成分,其中有机质含量49.5%,总养分含量5.9%,都低于本研究酒糟沼渣,而重金属含量则高于酒糟沼渣。抗生素是栽培基质研究中的另一个潜在风险,目前鲜有报道。中国农业土壤普遍检出四环素类抗生素,部分样点土壤四环素类抗生素含量超出兽药国际协调委员(VICH)筹划指导委员会提出的土壤中抗生素生态毒害效应的触发值(100 μg/kg),其主要来源于畜禽粪肥的施用。一般而言,畜禽粪肥施用量越大,施用时间越长,土壤中四环素类抗生素的含量越高[34]。段然[35]研究发现长期施用沼肥后,土壤中抗生素类兽药含量检出率上升,含量也明显增加,5个试验点中沼肥土壤的抗生素类兽药检出率均明显高于对照土壤,这为沼肥施用增加了一些安全隐患。郑佳伦等[36]总结了他人的研究结果指出,虽然好氧堆肥和厌氧消化能够大幅降低畜禽粪便抗生素的浓度,但其产物残留的抗生素浓度通常在几十到上百μg/kg,有些甚至在mg/kg水平。可见,抗生素是沼渣一个潜在的污染源。本研究酒糟沼渣四种抗生素在0.75 mg/kg为检出限[36]的情况下未检出(表1)。酒糟沼渣具备成为有机基质的前提,其品质优于畜禽废弃物等其它沼渣。   物理性质是反映基质特性的基本指标,主要包括容重、总孔隙度、大小孔隙比、pH值、EC值等,这些性质能够影响水分和养分的吸收及根系生长,进而对植物的生长发育产生重要影响[37]。刘爽等[38]通过研究生物氢烷工程沼渣对基质理化性质和油菜、菠菜幼苗生长的影响发现,添加生物氢烷工程沼渣可显著改善基质的容重、总孔隙度、有机质含量、pH值和EC值等理化性质;适宜配比的生物氢烷工程沼渣对幼苗生长发育有一定的促进作用。周静等[39]以白灵菇菇渣、杏鲍菇菇渣、木耳渣、沼渣等有机物料为试材,通过模糊相似优先比方法,研究了不同物料理化性状、植物毒性与市售草炭基质的差别,结果表明,沼渣基质的容重、总孔隙度、气水比、EC值、发芽率等指标均在合理范围,是一种比较优质的草炭育苗基质代替材料。从本研究结果来看,完全酒糟沼渣处理的理化性质均在合理范围内,pH值和EC值相对于草炭和椰糠较高,但其理化性质并未对番茄栽培产生抑制,这和赵玲[40]、朱春云[41]、任济星[42]等研究结果不一致。这一方面与酒糟原料有关,另一方面与工艺选择有关。厌氧发酵后沼渣再经过好氧发酵、粒径选择(粉碎处理)、复配等工艺,可以实现完全沼渣做栽培基质。
  3.2 沼渣对番茄生物学、产量、品质性状的影响
  沼渣可通过堆肥化处理制成有机肥,还能作为基料种植蘑菇以及育苗基质,用途广泛[43-46]。沼渣可增加番茄株高、茎粗、叶片数和促进根系的生长。基质中沼渣含量越多番茄株高、茎粗、叶片数长势越强,沼渣做基质可提高番茄果实品质和产量[41]。王玉等[45]发现沼渣复配基质番茄出苗率、株高、茎粗、根系活力、壮苗指数等高于其它处理;梁称福[46]、周国顺[47]等也得到类似结果,沼渣可显著地提高蔬菜的品质和商品性。
  本研究中,细渣∶粗渣=2∶1基质处理(ZH)在生育后期株高、茎粗、叶面积高于其它处理,但差异均不显著,仅根冠比显著大于其它处理。碳氮代谢是作物正常生长发育最基本的代谢途径,碳、氮代谢互相影响、互相制约,其比值可用于反映碳、氮代谢的相对强弱[48,49]。本研究中,所有处理的植株C含量都在40%左右,植株N含量差异较大,说明不同基质N利用水平不同,ZH和CT处理在同等肥水条件下对N有较好的吸收,这也可以从叶面积和叶绿素指标得到反映,碳氮比ZH处理显著低于其它處理。根冠比大小反映植物地下部和地上部的相关性,ZH根冠比显著高于其它处理。
  本研究通过品质综合评价,ZH处理优于其它处理,沼渣基质较椰糠和草炭基质提高了果实可溶性糖、还原糖(果糖、葡萄糖)、V[HT6]C[HT]含量,降低可滴定酸含量,硝酸盐含量与草炭基质处理差异不显著。这与前人[50,51]研究一致。不同配比沼渣基质处理可溶性蛋白、番茄红素并没有规律性。沼渣基质可以提高番茄产量,但差异未达显著水平。从相关性分析来看,植株C/N与番茄可溶性糖呈显著负相关、与可滴定酸呈显著正相关、与可溶性蛋白呈极显著负相关,因此,番茄基质栽培调节植株C/N可以改善果实品质。
  4 结论
  酒糟沼渣基质有机质、养分含量高,不存在有害生物、重金属污染风险;理化性质在合理范围内。本试验表明,沼渣基质可以促进番茄生长,提高果实品质及产量。通过相关分析可以看出,番茄植株碳氮比与果实可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白呈显著或极显著相关,可以作为番茄品质研究的一个方向,在影响机理、调控措施方面加以深入研究。
  综合比较来看,酒糟沼渣以细渣与粗渣配比为2∶1作为基质是番茄有机基质栽培的最佳配方。
  参 考 文 献:
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